CN101789578A - 可侦测负载电流的电子熔断器 - Google Patents
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Abstract
一种可侦测负载电流的电子熔断器，它具有可以多次反复使用、可以多档位设定工作电流、可以用其测定不明负载的额定工作电流的功能。其工作原理是：用感应线圈从负载进线中耦合信号并将此信号送到电压比较器与设定的参考电压进行比较，当负载电流超过额定工作电流时，所述的熔断器瞬间“熔断”，轻按复位按钮，熔断器立即更新，根据刻度盘的指示，既可侦测不明负载的额定工作电流，也可设置成各种档位不同的额定工作电流的熔断器。本发明因为具有瞬间“熔断”，无须拉闸断电便可快速更新的特性，所以特别适宜在军事、航天、医疗急救等领域应用。
Description
技术领域
本发明属于低压电器领域，具体地说是一种可侦测负载电流的电子熔断器。
背景技术
保险丝，又称熔断器、熔断体，是电器领域里常用的易耗器件。其外形有多种形状，有导线状的保险丝、有用玻璃包装的熔断体、有用陶瓷封装的熔断器。其功能是防止电流过载而损坏电器，工作原理是：当电流超过额定值时，保险丝(或熔断器、熔断体)因过热而熔断，电器的电源便因保险丝熔断而被切断。这是众所周知的保险丝保护电器的工作原理。用所述的传统的保险丝保护电器存在以下的缺点：
1、速度太慢：保险丝从电流过载到发热熔断的时间至少需1S以上。号称快速的保险丝也需200ms以上。未等保险丝熔断、电器已经损坏了。
2、价格太高：10A以上的熔断器价格昂贵。
3、太浪费：保险丝或熔断器、熔断体只能用一次，熔断后即成废品。全国因此而耗费的有色金属和玻璃、陶瓷等绝缘材料的数量很大，与建立资源节约型社会的口号相悖。
4、太麻烦、太危险、易误事：众所周知，更换保险丝是件很麻烦的事，必须先切断电源，再细心操作，才能完成更换保险丝的过程。在分秒必争的军事及医疗急救场合，可能因此而贻误战机或抢救时机；在更换保险丝的过程中，还经常发生这样的事：一时找不到额定电流的保险丝，就用不知额定电流的铜丝替代，这就埋下了发生灾或损坏电器的危险隐患！
发明内容
本发明就是针对现有保险丝之不足，发明一种具有以下功能的“可侦测负载电流的电子熔断器”：
1、当负载(电器)的额定工作电流不清楚时，本发明可侦测出负载的额定工作电流。
2、当负载电流超过额定工作电流时，本发明可以瞬间快速“熔断”。
3、可以长期多次“熔断”、反复使用。本发明被“熔断”后，无须拉闸断电、只须轻按一次“复位”按钮，“保险丝”功能就恢复如新。
4、与一种规格对应一种特定额定电流(例如5A)的传统保险丝不同，本发明通过电位器或多位开关设置不同的额定电流、是一种具有多档位额定电流(例如3A、5A、8A、10A等)的电子熔断器。
本发明实现上述目的技术方案为：
一、在负载的电源输入线上设置一个感应线圈，当负载通电工作时，该线圈上将产生与负载电流相对应的感生电压UL。
二、所述的感生电压UL经整流、滤波、分压后作为信号送至后级电压比较器的同相输入端。
三、AC220V或AC380V经降压、整流、滤波、稳压后为本发明提供稳压的直流电源UC。
四、所述的直流电源UC经一电阻和一电位器分压后产生参考电压送至前述的电压比较器的反相输入端。
五、所述的电压比较器将同相端输入的信号电压与反相端输入的参考电压进行比较，当信号电压高于参考电压时，所述的比较器输出高电平，该高电平驱使后级执行电路关断负载的电源，即相当于保险丝“熔断”。
六、调整直流电源的分压电位器，可以获得不同的“参考电压”，相当于本发明是一种具有不同的额定“熔断”电流的多档位“保险丝”(在以下的叙述中，简称本发明为“保险丝”)。
七、“保险丝”“熔断”后，只须按一次本发明专设的“复位”按钮，执行电路就重新接通负载的电源，即相当于重新装上了保险丝。
八、遇负载的额定工作电流不明确时，只须用所述的电位器从小到大地依次设定“保险丝”的工作电流，再依次侦测负载，直到“保险丝”不再“熔断”，此时的电流即为负载的额定工作电流。
本发明提供一种可侦测负载电流的电子熔断器，包括直流电源电路10、执行电路20、记忆及复位电路30、比较电路40、信号获取电路50、侦测电路60和安装盒700，其特征在于：
a、直流电源电路10的一端与AC220V或AC380V相连接，另一端分别与执行电路20、记忆及复位电路30、比较电路40相连接；侦测电路60从负载进线200获取信号，其输出端接信号获取电路50；信号获取电路50的输出端接比较电路40；比较电路40的输出端接记忆及复位电路30；记忆及复位电路30的输出端接执行电路20；所述的直流电源电路10、执行电路20、记忆及复位电路30、比较电路40、信号获取电路50均与线路地相连接；
b、安装盒700的盖板500上装有复位按钮AN、报警发光二极管D10、额定电流刻度盘502和电位器RP的旋钮501。
优选地，感应线圈401套在负载进线200上、其与瞬态电压抑制二极管KE并联后一端与第六二极管D6的负极及第八二极管D8的正极相连接；另一端与第七二极管D7的负极及第九二极管D9的正极相连接。
优选地，信号获取电路中第六、七二极管D6、D7的正极、第六电容C6的负极、第五电容C5的一端、第八电阻R8的一端均与线路地相连接；第八、第九二极管D8、D9的负极、第六电容C6的正极、第五电容C5的另一端、第七电阻R7的一端均相连接；第七电阻R7与第八电阻R8连接后又与集成运放IC2的同相输入端3脚相连接。
优选地，比较电路中第四电阻R4的一端、集成运放IC2的8脚均与直流电源UC的正端连接；第五电阻R5的一端、集成运放IC2的4脚均与线路地相连接；第六电阻R6的一端与直流电源UC的正极连接、另一端与集成运放IC2的反相输入端2脚及电位器RP连接；第六电阻R6、电位器RP组成直流电源UC的分压电路，调整电位器RP将产生多个数值不同的施加在集成运放IC2反相输入端2脚上的参考电压U2。
优选地，记忆及复位电路中双D触发器IC1的6脚与集成运放IC2的1脚及第四、第五电阻R4、R5连接；3脚、7脚、5脚均接线路地、14脚接直流电源UC的正极、4脚与按钮AN及第四电容C4的负极连接；按钮AN的另一端及第四电容C4的正极与直流电源UC的正极连接。
优选地，执行电路中第三电阻R3一端与双D触发器IC1的1脚连接、另一端与第二电阻R2及二极管V1的基极连接；三极管V1的发射极及第二电阻R2的另一端与线路地连接；第五二极管D5与继电器J并联后，一端与直流电源UC的正极连接；另一端(D5的正极端)与三极管V1的集电板连接。
优选地，直流电源电路中AC220V或AC380V的交流输入端接有由第一电阻R1和第一电容C1并联后组成的降压电路，第一电阻R1与第一电容C1并联后，一端接交流输入线，另一端接第一二极管D1的负极及第三二极管D3的正极；稳压二极管DW的正极与线路地相接、负极与直流电源Uc的正极连接。
优选地，继电器J的动断触点DD有二种接法：第一种接法为：继电器J的动断触点DD的一端接负载的进线200、另一端接负载的出线300；第二种接法为：继电器J的动断触点DD的一端接晶闸管S1的门极、另一端接晶闸管S2的门极。
附图说明
图1为本发明的原理方框图；
图2为本发明实施例1的电路原理图；
图3为本发明实施例1的安装盒的结构示意图(大小与实物相同)；
图4为本发明实施例2的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括直流电源电路10，执行电路20，记忆及复位电路30、比较电路40、信号获取电路50、侦测电路60，其特征为：直流电源电路10一端与AC220V或AC380V相连接、另一端分别与执行电路20、记忆及复位电路30、比较电路40相连接；侦测电路60从负载进线上获取信号，其输出端接信号获取电路50；信号获取电路50的输出端接比较电路40；比较电路40的输出端接记忆及复位电路30；记忆及复位电路30的输出端接执行电路20；所述的直流电源电路10、执行电路20、记忆及复位电路30、比较电路40、信号获取电路50均与线路地相连接。
图2为本发明实施例1的电路原理图。如图所示：感应线圈401、瞬态电压抑制二极管KE组成了侦测电路。其特征在于：感应线圈401套在负载进线200上，其与瞬态电压抑制二极管KE并联后一端与第六二极管D6的负极及第八二极管D8的正极相连接；另一端与第七二极管D7的负极及第九二极管D9的正极相连接。
第六、第七、第八、第九二极管D6、D7、D8、D9；第五、第六电容C5、C6；第七、第八电阻R7、R8共同组成了信号获取电路。其特征在于：第六、第七二极管D6、D7的正极、第六电容C6的负极、第五电容C5的一端、第八电阻R8的一端均与线路地相连接；第八、第九二极管D8、D9的负极、第六电容C6的正极、第五电容C5的另一端，第七电阻R7的一端均相连接；第七电阻R7与第八电阻R8连接后又与集成运算放大器IC2的同相输入端3脚相连接。
集成运放IC2(型号393)、第四、第五、第六电阻R4、R5、R6及电位器RP组成了电压比较电路，其特征在于：第四电阻R4的一端、集成运放IC2的8脚均与直流电源UC的正端连接；第五电阻R5的一端、集成运放IC2的4脚均与线路地相连接；第四、第五电阻R4、R5的另一端均与集成运放IC2的1脚连接；第六电阻R6的一端与直流电源UC的正极连接，另一端与集成运放IC2的反相输入端2脚及电位器RP连接；电位器RP的另一端与线路地(即直流电源UC的负极)连接；第六电阻R6、电位器RP组成直流电源UC的分压电路，调整电位器RP将产生多个数值不同的施加在集成运放IC2反相输入端2脚上的参考电压U2。
双D触发器IC1(型号4013)、按钮AN、第四电容C4组成记忆及复位电路。其特征在于：双D触发器IC1的6脚与集成运放IC2的1脚及第四、第五电阻R4、R5连接；3脚、7脚、5脚均接线路地；14脚接直流电源UC的正极；4脚与按钮AN及第四电容C4的负极连接；按钮AN的另一端及第四电容C4的正极与直流电源UC的正极连接。第2、第3电阻R2、R3，三极管V1(型号9014)，第五二极管D5，继电器J组成执行电路，其特征在于：第三电阻R3一端与双D触发器IC1的1脚连接，另一端与第二电阻R2及三极管V1的基极连接；三极管V1的发射极及第二电阻R2的另一端与线路地连接；第五二极管D5与继电器J并联后，一端与直流电源UC的正极连接；另一端(D5的正极端)与三极管V1的集电极连接；继电器J的动断触点DD的一端接负载进线200，另一端接负载出线300。
第一、第二、第三电容C1、C2、C3，第一电阻R1、第一、第二、第三、第四二极管D1、D2、D3、D4及稳压二极管DW组成直流电源电路。R1与C1为降压电路，D1-D4组成了桥式整流电路，C2、C3、DW为滤波、稳压电路。这些电路共同作用，可为本发明提供直流电源UC。其特征在于：第一电阻R1与第一电容C1并联后，一端接交流输入线，另一端接第一二极管D1的负极及第三二极管D3的正极；稳压二极管DW的正极与线路地相接、负极与直流电源Uc的正极连接。
图2所示的实施例1的工作过程为：当负载RL有电流iL流通时，感应线圈401产生相应的感生电压UL，该感应电压UL经D6-D9组成的整流桥整流后，产生了信号电流I1，I1经C5-C6滤波平滑，R7、R8分压后，产生信号电压U3，并加在IC2的同相输入端3脚；直流电源UC经R6、RP分压后产生参考电压U2并加在IC2的反相输入端2脚，当U3＜U2时，IC2的输出端1脚输出低电平，双D触发器IC1的输入端6脚也为低电平，其输出端1脚，输出低电平，三极管V1截止，继电器J的线包无电流，其动断触点DD继续闭合，负载RL继续通电。
当负载电流iL增大超过额定电流时，UL上升、I1也上升，导致：信号电压U3＞U2，此时集成运放IC2的1脚输出高电平，双D触发器IC2的6脚也为高电平，其1脚输出高电平，三极管V1导通，继电器J得电，其动合触点DH闭合、动断触点DD断开、负载RL的电源被切断，相当于“保险丝”熔断。此时，由第九电阻R9和发光二极管D10组成的报警电路得电报警，即发光二极管D10点亮报警。
“保险丝”“熔断”后，信号电压U3＝0，此时，双D触发器IC2的6脚输入低平，由于IC1有记忆功能，其1脚仍输出高电平，三管V1仍导通，继电器J的动合触点DH仍闭合，“保险丝”仍处于“熔断”的状态。
若负载RL上的故障排除，则只须按一次复位按钮AN，双D触发器IC1就复位，其1脚随之输出低电平，本发明回复到继电器J的动断触点DD闭合的初始状态，相当于“保险丝”重新装上获得了更新。对于不同的负载RL，不同负载电流iL，本发明只须调整电位RP，就可获得不同的参考电压U2，一组U2的值，就代表了一组额定电流的“保险丝”。只要对U2和iL的对应关系进行校验定标，就可以制作出图3所示的与电位器旋转角度相对应的“保险丝”的额定电流刻度盘502。需要说明的是：图3中刻度盘502所示的数值为示意性的额定电流值。 对于额定工作电流不明确，难以正确配备保险丝的不明负栽，本发明可以用“侦测”的办法，测定其额定工作电流，方法为：根据图3所示的刻度盘502的指示，按从小到大的程序对不明负载接入不同额定电流的“保险丝”，直到“保险丝”不再“熔断”时，刻度盘502所对应的电流值，即为不明负载的额定工作电流值。
图3为本发明实施例1的安装盒700的结构示意图，图中，标号400代表安装了图2所示的除按钮AN和报警二极管D10以外全部元器件的线路板，标号502代表所述的“保险丝”的额定电流刻度盘，501代表电位器RP的旋钮，AN代表复位按钮，200代表负载的进线，300代表负载的出线，D10代表报警发光二极管，500代表安装盒的盖板。
如图3所示，该安装盒700的特性在于：盖板500上装有复位按钮AN、报警发光二极管D10、额定电流刻度盘502和电位器RP的旋钮501。
本发明进一步的技术措施为：所述的电压比较器用集成运放393组成，该393具有高输入阻抗，高灵敏度的优良功能，因此信号电流I1只须微安级就可以产生足够高的信号电压U3。这样，感应线圈401的圈数就可减少，本发明的实物体积就可减小。
本发明再进一步的技术措施为：如图2所示，在与感应线圈401并联的位置上设有瞬变电压抑制二极管KE(型号P4KE)。这样设计的目的为：消除负载开机通电瞬间浪涌电流对本发明的影响。
本发明更进一步的技术措施为：对不同的负载电流iL的范围，例O＜iL＜10A、10＜iL＜20A、50＜iL＜100A本发明可以综合调整第六、第七、第八电阻R6、R7、R8和电位器RP的值，定标制作出不同刻度值的刻度盘502。
本发明还进一步的技术措施为：可以用多位开关代替电位器RP设定不同数值的参考电压U2；也可以用CMOS模拟开关(参考型号C541、C543、4051、4052、4053)代替电位器RP来设定不同的参考电压U2的值。
图4为实施例2的电路原理图。实施例2的工作原理与实施例1相同，不同之处有以下几条：
1、输入电源由AC220V改为AC380V。
2、电位器RP改为多位开关DK。
3、继电器J的触点改为控制晶闸管S1、S2的导通与截止。当负载电流iL小于额定电流时，继电器J的动断触点DD闭合，晶闸管S1、S2导通；当iL大于额定电流时，继电器J的动断触点DD断开，晶闸管S1、S2截止，相当于“保险丝”“熔断”。其特征在于：继电器J的动断触点DD的一端接晶闸管S1的门报，另一端接晶闸管S2的門极。
用三只本发明就可实现对三相电机(图4中用M表示)的过流保护。对大功率电机来说，与传统方法比较，本发明有较大的价格优势，而且晶闸管在工作时无火花产生，继电器J的触点又是密封的，因此本实施例特别适合在易爆的场合使用。
4、报警指示二极管D10改为与瞬态电压抑制二极管KE并联，当发光二极管D10熄灭不亮时，表示“保险丝”已“熔断”。
应用本发明，可带来以下的有益效果：
1、节能，本发明的功耗小于0.5W，在大电流的场合，功耗远小于陶瓷封装的熔断器。
2、简便，更新“保险丝”，无须拉闸断电只须按一次复位按钮AN。此特性在必须分秒必争的军事、航天和医疗急救领域尤显重要。
3、节约，一次安装。长期使用。彻底改变了现有保险丝只能用一次的现状，可节约大批有色金属等资源。
4、多用，既可作为“保险丝”使用，又可用来侦测不明负载的额定工作电流。
5、明了，报警二极管D10指示了“保险丝”的工作状态。
6、价廉，在大电流的场合，价格低于现有的熔断器。
7、简洁，本发明包含了多种档位的“保险丝”，用户，特别是企业用户无须再购买多达几十种不同规格的保险丝、保险管，也无须为临时找不到合适的保险丝而发愁。
8、快速，一旦负载电流超荷，本发明所述的“保险丝”瞬间就“熔断”，可以有效地保护电器的用电安全。
最后应该说明，以上实施例仅用以闸述本发明而非限制本发明。本领域的技人员应当理解，虽然在理解本发明技术方案的基础上，可以对本发明进行修改或等同的替换，但一切不脱离本发明的实质和范围的技术方案及改进，均应在本发明的权利要求的涵盖范围内。
Claims (8)
1.一种可侦测负载电流的电子熔断器，包括直流电源电路(10)、执行电路(20)、记忆及复位电路(30)、比较电路(40)、信号获取电路(50)、侦测电路(60)和安装盒(700)，其特征在于：
a、直流电源电路(10)的一端与AC220V或AC380V相连接，另一端分别与执行电路(20)、记忆及复位电路(30)、比较电路(40)相连接；侦测电路(60)从负载进线(200)获取信号，其输出端接信号获取电路(50)；信号获取电路(50)的输出端接比较电路(40)；比较电路(40)的输出端接记忆及复位电路(30)；记忆及复位电路(30)的输出端接执行电路(20)；所述的直流电源电路(10)、执行电路(20)、记忆及复位电路(30)、比较电路(40)、信号获取电路(50)均与线路地相连接；
b、安装盒(700)的盖板(500)上装有复位按钮(AN)、报警发光二极管(D10)、额定电流刻度盘(502)和电位器RP的旋钮(501)。
2.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：感应线圈(401)套在负载进线(200)上、其与瞬态电压抑制二极管(KE)并联后一端与第六二极管(D6)的负极及第八二极管(D8)的正极相连接；另一端与第七二极管(D7)的负极及第九二极管(D9)的正极相连接。
3.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：信号获取电路中第六、七二极管(D6)、(D7)的正极、第六电容(C6)的负极、第五电容(C5)的一端、第八电阻(R8)的一端均与线路地相连接；第八、第九二极管(D8)、(D9)的负极、第六电容(C6)的正极、第五电容(C5)的另一端、第七电阻(R7)的一端均相连接；第七电阻(R7)与第八电阻(R8)连接后又与集成运放(IC2)的同相输入端(3)脚相连接。
4.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，共特征在于：比较电路中第四电阻(R4)的一端、集成运放(IC2)的(8)脚均与直流电源(UC)的正端连接；第五电阻(R5)的一端、集成运放(IC2)的(4)脚均与线路地相连接；第六电阻(R6)的一端与直流电源(UC)的正极连接、另一端与集成运放(IC2)的反相输入端(2)脚及电位器(RP)连接；第六电阻(R6)、电位器(RP)组成直流电源(UC)的分压电路，调整电位器(RP)将产生多个数值不同的施加在集成运放(IC2)反相输入端2脚上的参考电压(U2)。
5.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：记忆及复位电路中双D触发器(IC1)的(6)脚与集成运放(IC2)的(1)脚及第四、第五电阻(R4、R5)连接；(3)脚、(7)脚、(5)脚均接线路地、(14)脚接直流电源(UC)的正极、(4)脚与按钮(AN)及第四电容(C4)的负极连接；按钮(AN)的另一端及第四电容(C4)的正极与直流电源(UC)的正极连接。
6.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：执行电路中第三电阻(R3)一端与双D触发器(IC1)的(1)脚连接、另一端与第二电阻(R2)及二极管(V1)的基极连接；三极管(V1)的发射极及第二电阻(R2)的另一端与线路地连接；第五二极管(D5)与继电器(J)并联后，一端与直流电源(UC)的正极连接；另一端(D5的正极端)与三极管(V1)的集电板连接。
7.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：直流电源电路中AC220V或AC380V的交流输入端接有由第一电阻(R1)和第一电容(C1)并联后组成的降压电路，第一电阻(R1)与第一电容(C1)并联后，一端接交流输入线，另一端接第一二极管(D1)的负极及第三二极管(D3)的正极；稳压二极管(DW)的正极与线路地相接、负极与直流电源(Uc)的正极连接。
8.根据权利要求1所述的可侦测负载电流的电子熔断器，其特征在于：继电器(J)的动断触点(DD)有二种接法：第一种接法为：继电器(J)的动断触点(DD)的一端接负载的进线(200)、另一端接负载的出线(300)；第二种接法为：继电器(J)的动断触点(DD)的一端接晶闸管(S1)的门极、另一端接晶闸管(S2)的门极。
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